Podcast na Pohyb živočichů a svalová soustava

Kapitoly

Mýtus o svalové energii

Svaly na povel

Neúnavný motor těla

Jak nerv řídí sval

Svalová kontrakce krok za krokem

Evoluce svalů od nezmara k žížale

Specializované svalové skupiny

Rychlá prohlídka lidského těla

Proč je pohyb důležitý?

Aktivní vs. Pasivní pohyb

Buněčné motory

Buněčné dálnice

Prvoci a jejich triky

Pohyb jako z učebnice

Trepka, královna rybníka

Jak si pořídit rodinu

Pomocníci i zabijáci

Od stavitelů hor po smrtící parazity

Vědecký překlep a rozloučení

Přepis

Lukáš: Většina lidí si myslí, že svaly spotřebovávají energii jenom když se stahují – třeba při zvedání činky. Ale co kdybych vám řekl, že vaše svaly spálí obrovské množství energie, i když jen odpočívají?

Natálie: To je přesně ono, Lukáši. Svalová relaxace není pasivní proces. Je to aktivní pumpování, které stojí tělo spoustu paliva. Ale k tomu se dostaneme.

Lukáš: Tak to mě zajímá! Posloucháte Studyfi Podcast a dnes se ponoříme do fascinujícího světa svalové soustavy.

Natálie: Začněme tím nejznámějším typem – příčně pruhovanou neboli kosterní svalovinou. To jsou všechny ty svaly, kterými hýbete vědomě. Biceps, stehna, břišáky...

Lukáš: Ty, které se snažíme vyrýsovat v posilovně. Jak vlastně vypadají pod mikroskopem?

Natálie: Představ si extrémně dlouhá, mnohojaderná vlákna. Jsou tak dlouhá, že mohou mít i několik centimetrů. A to pruhování, podle kterého mají jméno, je způsobeno pravidelným střídáním dvou bílkovin – aktinu a myosinu.

Lukáš: A to jsou přesně ty bílkoviny, které do sebe zapadají a způsobují pohyb, že?

Natálie: Přesně tak. Díky tomu je tenhle typ svaloviny schopný rychlé a silné kontrakce. Nevýhoda ale je, že se snadno unaví. Hromadí se v nich totiž laktát a dojde jim energie.

Lukáš: To znám až moc dobře z tělocviku. Takže kromě kosterních svalů, kde ještě tuhle svalovinu najdeme?

Natálie: Například v jazyku, hltanu nebo v mimických svalech. Vše, co ovládáme vůlí, je poháněno právě jí.

Lukáš: Dobře, a co srdce? To je taky sval, ale rozhodně ho vůlí neovládám. A hlavně – nikdy se neunaví.

Natálie: Skvělý postřeh! Srdeční svalovina, neboli myokard, je naprostý unikát. Kombinuje vlastnosti obou ostatních typů. Má sice příčné pruhování jako kosterní sval, ale jeho buňky jsou jiné.

Lukáš: V čem přesně?

Natálie: Jsou rozvětvené a tvoří prostorovou síť. Na koncích jsou spojené takzvanými interkalárními disky. A tady je ta magie – tyhle disky umožňují bleskový přenos elektrického vzruchu z jedné buňky na druhou.

Lukáš: Aha, takže se celé srdce stáhne prakticky najednou jako jeden celek.

Natálie: Přesně! Pracuje rychle, rytmicky a co je nejdůležitější, je absolutně neunavitelné. A jak jsi správně řekl, je neovladatelné vůlí. Má dokonce vlastní elektrickou centrálu, takzvaný sinoatriální uzel, který generuje impulsy sám.

Lukáš: Fascinující. Pojďme se teď podívat na to, jak ten povel z mozku vlastně doputuje k bicepsu, abych ho mohl ohnout.

Natálie: Jasně. Tenhle proces se jmenuje inervace. Aby se kosterní sval stáhl, musí dostat signál z mozku nebo míchy. A ten signál cestuje po speciálních nervových vláknech, kterým říkáme motoneurony.

Lukáš: A jeden nerv ovládá jeden sval?

Natálie: Ne tak docela. Jeden motoneuron z míchy a všechna svalová vlákna, která ovládá, tvoří takzvanou motorickou jednotku. A tady je ten vtip – u svalů pro jemnou motoriku, třeba u oka, ovládá jeden nerv jen pár vláken. Je to precizní práce.

Lukáš: A u velkých svalů...?

Natálie: Třeba u velkého hýžďového svalu může jeden jediný nerv ovládat tisíce vláken naráz. Tam jde o sílu, ne o jemnost.

Lukáš: Tomu rozumím. A jak se ten nerv na sval napojí? Dotýkají se?

Natálie: Vůbec ne. Místo spojení se jmenuje nervosvalová ploténka. Je to vlastně synapse, kde je mezi koncem nervu a svalovým vláknem mikroskopická mezera.

Lukáš: Takže máme nerv, který končí těsně u svalu. Co se děje dál, když se rozhodnu pohnout rukou?

Natálie: Je to dokonalá souhra elektřiny a chemie. Zaprvé, po nervu dorazí elektrický signál, takzvaný akční potenciál.

Lukáš: A ten přeskočí tu mezeru?

Natálie: Ne, tady přichází na řadu chemie. Z konce nervu se do té mezery vylije neurotransmiter jménem acetylcholin. Ten se naváže na receptory na svalovém vlákně.

Lukáš: A to spustí co? Další elektrický signál?

Natálie: Ano! Ale tentokrát už se šíří přímo po membráně svalového vlákna a proniká hluboko dovnitř. A to je spouštěč pro klíčový prvek – vápník.

Lukáš: Vápník? Ten přece souvisí s kostmi, ne?

Natálie: S kostmi taky, ale tady je naprosto zásadní. Ten elektrický signál totiž donutí vnitrobuněčné skladiště, aby do buňky bleskově vyplavilo obrovské množství iontů vápníku.

Lukáš: A co ten vápník udělá?

Natálie: Vápník se naváže na regulační bílkoviny na aktinovém vlákně a tím v podstatě odemkne zámky, které bránily myosinu, aby se na aktin napojil. A teď může začít samotný stah.

Lukáš: Takže hlavičky myosinu se připojí a... potáhnou?

Natálie: Přesně! Za spotřeby energie z molekuly ATP se ohnou a zasunou aktinová vlákna mezi sebe. A sval se zkracuje. Je to jako miliony malých pádel, které zabírají najednou.

Lukáš: A relaxace? Tam se vracíme na začátek k tomu spalování energie.

Natálie: Ano. Jakmile nerv přestane vysílat signály, buňka musí ten vápník aktivně a rychle odčerpat zpátky do skladiště. A to čerpání stojí obrovské množství energie, stejně jako samotný stah. Takže i relaxace je energeticky náročný proces.

Lukáš: To je neuvěřitelně komplexní. Zajímalo by mě, jak se něco takového vůbec vyvinulo. Měli už první živočichové svaly jako my?

Natálie: Kdepak. Úplně na začátku, u žahavců jako je nezmar, najdeme jen takzvané epiteliálně svalové buňky. Jsou to buňky, které jsou zároveň pokožkou i svalem.

Lukáš: Dva v jednom?

Natálie: Přesně. Jejich spodní část obsahuje stažitelná vlákna. Když se stáhnou, celý nezmar se smrští do kuličky. To je nejprimitivnější forma pohybu.

Lukáš: A co taková žížala? Ta už se hýbe docela sofistikovaně.

Natálie: Žížala je velký krok vpřed. U ní už se svalové buňky oddělily od pokožky a vytvořily souvislou vrstvu pod ní – takzvaný kožněsvalový vak. Ten má dvě vrstvy svalů na sebe kolmé.

Lukáš: Okružní a podélnou, jestli se nepletu.

Natálie: Správně! Když žížala stáhne okružní svalovinu, zúží se a prodlouží. Když stáhne podélnou, zkrátí se a ztloustne. Střídáním těhle dvou pohybů vzniká to typické vlnění, kterým leze.

Lukáš: Dobře, ale kožněsvalový vak by nám s naší kostrou asi moc nepomohl. Kdy přišla změna?

Natálie: Změna přišla právě se vznikem pevné kostry. Ať už vnější u členovců nebo vnitřní u nás, obratlovců. Souvislá vrstva svalů najednou ztratila smysl. Svalovina se musela rozdělit na samostatné jednotky, které hýbou jednotlivými kostmi jako pákami.

Lukáš: A to vedlo ke vzniku svalových skupin, jak je známe dnes.

Natálie: Přesně. A taky k rozvoji antagonistických párů. Aby se končetina mohla nejen ohnout, ale i natáhnout, musí svaly pracovat proti sobě. Máme ohybač, flexor – jako biceps, a natahovač, extenzor – jako triceps.

Lukáš: Jeden zabere, druhý povolí. A naopak.

Natálie: Perfektně řečeno. Je to základ efektivního pohybu.

Lukáš: A co my, lidé? Náš svalový systém je přizpůsobený hlavně pro vzpřímenou chůzi, že?

Natálie: Ano, a taky pro jemnou motoriku ruky a pro řeč. Máme přes 600 příčně pruhovaných svalů. Pojďme si je rychle proletět. Na hlavě máme mimické svaly, které jsou unikátní tím, že se upínají do kůže, a taky extrémně silné žvýkací svaly.

Lukáš: A co trup? Co drží páteř vzpřímenou?

Natálie: Hlavně zádové svaly jako trapézový sval a hluboké vzpřimovače páteře. Vepředu na hrudníku je velký prsní sval a hlavně dýchací svaly – mezižeberní a bránice, náš hlavní nádechový sval.

Lukáš: Nesmíme zapomenout na břišní svaly. Ten slavný pekáč buchet!

Natálie: Přesně. Přímý sval břišní a šikmé svaly tvoří břišní lis, který chrání orgány a pomáhá při výdechu.

Lukáš: A končetiny? Tam jsou asi ty nejznámější svaly.

Natálie: Určitě. Na horní končetině máme deltový sval na rameni, zmíněný biceps a triceps na paži. Na dolní končetině pak dominují masivní svaly. Velký sval hýžďový je vůbec nejmohutnější v těle, vpředu na stehně je čtyřhlavý sval stehenní neboli kvadriceps.

Lukáš: A vzadu hamstringy. A co lýtko?

Natálie: Tam je trojhlavý sval lýtkový, který se upíná na patu pomocí Achillovy šlachy. Ta je klíčová pro odraz při chůzi a běhu.

Lukáš: Páni, je toho opravdu hodně. Od jedné buňky u nezmara až po stovky specializovaných svalů. Díky moc, Natálie, za tenhle skvělý přehled.

Natálie: Není zač, Lukáši. A když už jsme u těch svalů, je to skvělý můstek k dalšímu tématu – jak se vlastně živočichové hýbou. Protože schopnost pohybu, odborně lokomoce, je naprosto kritická k přežití.

Lukáš: To dává smysl. Bez pohybu by asi většina zvířat dlouho nepřežila. K čemu všemu ho tedy využívají?

Natálie: Jsou tam čtyři hlavní důvody. Zaprvé, získávání potravy. Ať už je to gepard lovící gazelu, nebo sasanka, která si chapadly přihání kořist k ústům.

Lukáš: Jasně. Jídlo samo do pusy neskočí. Co dál?

Natálie: Zadruhé, ochrana a únik. Tedy schopnost utéct před predátorem nebo se schovat. Zatřetí, rozmnožování – najít si partnera, migrovat na trdliště jako lososi, a i samotný pohyb spermie k vajíčku je druh pohybu.

Lukáš: A ten čtvrtý?

Natálie: Hledání lepších podmínek. Třeba stěhovaví ptáci letící na jih za teplem, nebo ještěrka, která jen přeleze ze stínu na slunce, aby se zahřála. To všechno je řízený pohyb.

Lukáš: Dobře, to chápu. Ale co když se organismus hýbe, aniž by se sám snažil? Třeba plankton v moři?

Natálie: Skvělá otázka! Tím narážíš na základní dělení pohybu na aktivní a pasivní. Ten pasivní je přesně to, co popisuješ – organismus nespotřebovává vlastní energii, ale nechá se unášet proudem vody, vzduchu, nebo gravitací.

Lukáš: Takže pavoučci na vláknech babího léta vlastně nelétají, jen se vezou větrem?

Natálie: Přesně tak. A existuje i takzvaná foreze, kdy se menší živočich, třeba štírek, chytí nohy mouchy a nechá se zadarmo svézt. Takové zvířecí MHD.

Lukáš: To je geniální. A ten aktivní pohyb je tedy ten, co stojí energii?

Natálie: Ano. Aktivní pohyb spaluje ATP, buněčné palivo. A tady máme tři hlavní typy. Améboidní, tedy přelévání buňky, jako to dělají měňavky nebo naše bílé krvinky. Pak pohyb pomocí řasinek a bičíků, jako u trepky nebo spermie. A nakonec ten nejsložitější... svalový pohyb.

Lukáš: A jak to celé funguje na té nejmenší, molekulární úrovni? Co pohání ty buňky?

Natálie: Všechno stojí na takzvaném cytoskeletu – buněčné kostře. Představ si to jako síť proteinových vláken. Pro pohyb jsou klíčové dva typy: mikrofilamenta a mikrotubuly.

Lukáš: Mikro... co? To zní složitě.

Natálie: Zůstaň se mnou. Není to tak hrozné. Mikrofilamenta jsou tenká vlákna z proteinu aktinu. Ve svalech fungují jako koleje, po kterých se pomocí energie posouvá jiný protein, myosin. Tím se do sebe zasouvají a sval se zkracuje.

Lukáš: Aha, takže to je ten princip svalového stahu!

Natálie: Přesně. A pak tu máme mikrotubuly. To jsou tlustší, pevné a duté trubičky. Ty neslouží ke stahu, ale spíš jako vnitřní kostra a dálnice. Tvoří pevnou osu bičíků a řasinek, které se díky nim můžou kmitat.

Lukáš: Takže mikrofilamenta pro stah, mikrotubuly pro kmitání a strukturu. To je skvělé zjednodušení. Takže teď už víme, proč a jak se buňky a svaly hýbou. Ale co teprve opora celého těla?

Natálie: Než se dostaneme k opoře celého těla, pojďme se ještě na chvilku podívat na transport uvnitř jediné buňky. Je to fascinující.

Lukáš: Transport? Jakože si buňka posílá balíčky?

Natálie: Přesně tak! Ty mikrotubuly, o kterých jsme mluvili, tvoří takové dálnice. A po nich chodí motorické proteiny, kinesin a dynein. Vypadají jako panáčci se dvěma nožičkama a na zádech nesou náklad.

Lukáš: To zní jako z nějakého sci-fi filmu. Co třeba převážejí?

Natálie: Třeba váčky s neurotransmitery. V nervové buňce musí takový 'panáček' ujít obrovskou vzdálenost z těla buňky až na konec jejího dlouhého výběžku.

Lukáš: Neuvěřitelné. A kde tohle všechno můžeme vidět v akci v rámci jednoho organismu?

Natálie: Skvělá otázka! Ideálním příkladem jsou prvoci. To jsou celé organismy v jediné eukaryotní buňce. Místo orgánů mají organely.

Lukáš: Takže takový mikrosvět sám pro sebe. A jak řeší třeba... pitný režim? Aby nepraskli?

Natálie: To je naprosto klíčové! Sladkovodní prvoci žijí v prostředí, kde je méně solí než uvnitř nich. Voda se jim tedy neustále tlačí dovnitř.

Lukáš: Takže jim hrozí, že explodují?

Natálie: Přesně. A proto mají stažitelnou vakuolu. Je to v podstatě pumpa, která neustále vyčerpává přebytečnou vodu ven. Bez ní by to nedali.

Lukáš: Geniální řešení. A co pohyb? To bude souviset s tím, co jsme řešili na začátku, že?

Natálie: Naprosto. Třeba měňavky se pohybují přeléváním cytoplazmy a tvorbou panožek. To zajišťují právě mikrofilamenta. A pak tu máme bičíky a řasinky, které kmitají díky mikrotubulům.

Lukáš: Takže bičík je jako lodní šroub a řasinky jsou tisíce malých vesel.

Natálie: Perfektní přirovnání! A králem mezi prvoky s řasinkami je trepka velká.

Lukáš: Trepku znám z hodin biologie! Ale že by byla taková královna?

Natálie: Stavebně je to nejdokonalejší prvok. Má buněčná ústa, hltan a dokonce i buněčnou řiť pro odpad. A co víc, má dvě jádra! Velké pro život, malé jen pro rozmnožování.

Lukáš: Páni. Jedna buňka a taková složitost. Takže od vnitřních dálnic jsme se dostali až k prvokům, kteří je mistrně využívají. Co nás čeká dál? Podíváme se na to, jak se buňky spojují do větších celků?

Natálie: Než se vrhneme na mnohobuněčné, Lukáši, pojďme ještě chvíli zůstat u těchhle jednobuněčných mistrů. Protože způsob, jakým se množí a přežívají, je sám o sobě fascinující.

Lukáš: Dobře, takže jak si takový prvok pořídí rodinu? Prostě se rozdělí napůl?

Natálie: Většinou ano. To je nepohlavní dělení a je to nejrychlejší způsob. Ale umí to i pohlavně, aby si promíchali geny a byli odolnější.

Lukáš: A jak to vypadá u jedné buňky?

Natálie: Třeba nálevníci mají proces zvaný konjugace. Dva jedinci se k sobě přitisknou, vymění si část malé genetické knihovny a zase se rozpojí. Je to takové genetické rande.

Lukáš: Takže žádné večeře a kino, rovnou k věci. Efektivní.

Natálie: Přesně. A tahle efektivita se projevuje i v jejich způsobech života. Jsou tu dravci, ale i mutualisté, co pomáhají... a pak ti opravdu nebezpeční paraziti.

Lukáš: Začněme těmi zlými. Kdo je na černé listině?

Natálie: Z bičíkovců třeba Bičenka poševní, původce pohlavně přenosné nemoci. Nebo Lamblie střevní, která způsobuje ošklivé průjmy. Říká se tomu nemoc špinavých rukou.

Lukáš: Fuj. Existuje i nějaký hodný bičíkovec?

Natálie: Jasně! Brvitky. Žijí ve střevech termitů a švábů. Termit sežere dřevo, ale neumí ho strávit. A brvitky mu ho rozloží na cukry. Dokonalá symbióza.

Lukáš: Takže bez nich by se termiti vůbec nenajedli. Zajímavé.

Natálie: Přesně tak. A pak tu máme kořenonožce, třeba měňavky. Zase, máme tu mírumilovnou měňavku velkou... a pak její zlou sestřenici, měňavku úplavičnou, která požírá červené krvinky.

Lukáš: To zní hrozně.

Natálie: A to není vše. Jiní kořenonožci, dírkonožci, si tvoří krásné vápnité schránky. Když odumřou, jejich schránky vytvořily za miliony let celé vápencové útesy.

Lukáš: Takže jednobuněční prvoci postavili hory?

Natálie: V podstatě ano! Ale na opačném spektru jsou výtrusovci. To jsou výhradně nitrobuněční parazité. Třeba Toxoplasma, nebezpečná pro těhotné ženy. Nebo krvinkovky rodu Plasmodium, které způsobují malárii.

Lukáš: Páni. Ale slyšel jsem ještě o hmyzomorkách a rybomorkách. Ty patří kam?

Natálie: A tady přichází vědecký zvrat! Dlouho jsme je mezi prvoky řadili. Ale moderní genetika ukázala, že je to úplně jinak.

Lukáš: Jak jinak?

Natálie: Hmyzomorky jsou ve skutečnosti extrémně zjednodušené houby. A teď se podrž... rybomorky jsou vlastně mikroskopické, evolučně zdegenerované medúzy!

Lukáš: Cože?! Takže ve pstruhovi může parazitovat medúza? To je neuvěřitelné.

Natálie: Přesně tak. Ukazuje to, jak je biologie úžasná a jak se neustále vyvíjí.

Lukáš: Takže abychom to shrnuli. Prvoci jsou neuvěřitelně rozmanití. Od jednobuněčných géniů, přes stavitele vápencových útesů, až po smrtící parazity... a některé jsme dokonce museli přeřadit do úplně jiných říší.

Natálie: Skvělé shrnutí. Klíčové je pamatovat si tu obrovskou rozmanitost v jediné buňce.

Lukáš: Natálie, moc ti děkuju za další skvělé nahlédnutí do mikrosvěta. Bylo to fascinující.

Natálie: Já děkuji za pozvání, Lukáši. Bylo mi potěšením.

Lukáš: A vám, milí posluchači, děkujeme za pozornost. Mějte se krásně a slyšíme se zase příště u Studyfi Podcastu.